JPH0350950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、極低温冷凍方法及び装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

極低温冷凍装置において、被冷却体として超電
導マグネツトを考えた場合、極低温冷媒としてヘ
リウムが使用される。以下、極低温液化ガスとし
て液体ヘリウムの場合を例にとり説明する。

ヘリウム冷凍装置においては、液体ヘリウム温
度（−269℃）レベルへの熱負荷を低減するため
に液体窒素温度レベルの熱シールド板を設けるこ
とが一般的に行なわれている。更に、液体ヘリウ
ム温度レベルへの熱負荷を低減するために液体窒
素温度レベルと液体ヘリウム温度レベルの間に中
間熱シールド板を設けることがある。

従来の極低温冷凍装置での中間熱シールド板の
冷却方法としては、中間熱シールド板を冷却する
ための極低温冷凍機を設ける方法、中間熱シール
ド板温度レベルの冷媒供給管、および冷媒戻り管
を設ける方法、蒸発した極低温ヘリウムガスで冷
却し、常温レベルの圧縮機の吸入側に戻す液化モ
ードでの冷却方法が採用されていたが、いずれ
も、高価にあつたり、システムが複雑になつた
り、システムの効率が向上しないといつた問題が
ある。

なお、この種の装置として関連するものには、
例えば、特公昭54−30139号等が挙げられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、極低温容器内で蒸発したガス
が有する寒冷を有効に回収するとともに、クライ
オスタツト内の予冷を容易にし、システムの効率
を向上できる極低温冷凍方法及び装置を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明は、極低温冷凍方法を、極低温冷凍機に
よつて生成された極低温液化ガスをクライオスタ
ツト内の極低温容器に貯蔵し、該極低温容器内で
蒸発したガスを極低温冷凍機の低圧ラインに戻す
とともに、極低温容器を囲んでクライオスタツト
内に設けた熱シールド板を介して極低温冷凍機の
低圧ラインの中間に合流・帰還させて回収し、ク
ライオスタツトを予冷する際に極低温容器内で蒸
発したガスの大部分を熱シールド板側を介して回
収する方法とし、 極低温冷凍装置を、ガスを圧縮・循環し圧縮さ
れたガスを冷却・断熱膨張させて極低温液化ガス
を生成する極低温冷凍機と、該極低温冷凍機から
移送された前記極低温液化ガスを貯蔵する極低温
容器を内設したクライオスタツトとを具備して成
り、該クライオスタツトと極低温冷凍機との間
に、極低温容器内で蒸発したガスを極低温冷凍機
の低圧ラインに戻す第１のラインと、極低温容器
内で蒸発したガスを極低温容器を囲んでクライオ
スタツト内に設けた熱シールド板を介して極低温
冷凍機の低圧ラインの中間に戻す第２のラインと
を設け、これらのラインに弁を設けて、クライオ
スタツトの予冷時に第１のラインの弁を絞り第２
のラインに蒸発したガスの大部分を移送可能とし
た装置とすることにより、極低温容器内で蒸発し
たガスが有する寒冷を有効に回収するとともに、
クライオスタツト内の予冷を容易にし、システム
の効率を向上できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面によつて説明す
る。

図面で、１は圧縮機、２はコールドボツクス、
３ａ〜３ｆは熱交換器、４は膨張機入口弁、５ａ
および５ｂは膨張機、６はジユールトルソン弁
（以下、JT弁）、８は液化窒素供給管、９は液体
窒素供給弁、１０は冷媒供給管、１１は冷媒戻り
管、２０はクライオスタツト、２１は極低温容
器、２２は被冷却体、例えば、超電導マグネツ
ト、２３は熱シールド板、２４は熱シールド用液
体窒素供給管、２５は熱シールド用液体窒素出口
管、２６は熱シールド用液体窒素供給弁、３０は
中間熱シールド弁、３１は第２の冷媒戻り管、３
２はシールド用冷媒調整弁、３３は戻り冷媒調整
弁である。なお、この場合、極低温冷凍機は、圧
縮機１とコールドボツクス２とから成る。

次に、以上のように構成された極低温冷凍装置
の動作について説明する。圧縮機１で圧縮された
ガス、例えば、ヘリウムガスはコールドボツクス
２に導入され、第１の熱交換器３ａ、第２の熱交
換器３ｂで冷却された後、膨張機ラインと液化ラ
インとに分岐される。膨張機ラインの高圧ヘリウ
ムは膨張機入口弁４を通り第１の膨張機５ａで断
熱膨張仕事を行なうことにより温度降下して、第
４の熱交換器３ｄで冷却され第２の膨張機５ｂで
再び断熱膨張仕事を行ない温度降下して低圧ライ
ンに合流する。一方、液化ラインに分岐した高圧
ヘリウムは、第３〜第６の熱交換器３ｃ〜３ｆで
逆転温度まで冷却され、JT弁６で断熱膨張して
一部液体ヘリウムとなり、冷媒供給管１０を通り
クライオスタツト２０内の極低温容器２１へ送ら
れる。極低温容器２１へ送られた液体ヘリウムは
超電導マグネツト２２を冷却すると共に、常温部
からの熱侵入を吸収しガス化される。このガスの
一部は冷媒戻り管１１を通りコールドボツクス２
に戻り、戻り冷媒調整弁３３を通り第６〜第１の
熱交換器３ｆ〜３ａで寒冷回収された後、圧縮機
１に戻される。極低温容器２１の残りのガスは中
間熱シールド板３０を冷却し、第２の冷媒戻り管
３１を通りコールドボツクス２に戻り、シールド
用冷媒調整弁３２を通り、第２の熱交換器３ｂと
第３の熱交換器３ｃの中間の低圧ラインに合流す
る。中間熱シールド板３０冷却用冷媒は、シール
ド用冷媒調整弁３２で調整され、中間熱シールド
板３０の温度を熱シールド板２３と極低温容器２
１の中間の所定値に保持する。なお、戻り冷媒調
整弁３３は、超電導マグネツト２２の予冷時、冷
媒供給弁１０で供給され超電導マグネツト２２を
冷却した冷媒の大部分を中間熱シールド板３０の
冷却ラインの方にバイパスさせるための調整弁で
ある。補助冷媒である液体窒素は、コールドボツ
クス２へ液体窒素供給管８、液体窒素供給弁９を
介して供給され、クライオスタツト２０へは、熱
シールド用液体窒素供給管２４、熱シールド用液
体窒素供給弁２６を通り供給され、熱シールド板
２３を液体窒素温度に冷却し、熱シールド用液体
窒素出口管２５を通り流出する。

以上、本実施例によれば、極低温容器内で液体
ヘリウムから蒸発したヘリウムガスが有する寒冷
を、中間熱シールド板の冷却と極低温冷凍機のコ
ールドボツクスに導入されたヘリウムガスの予冷
とによつて有効に回収できるとともに、超電導マ
グネツトの予冷時に冷媒戻り管の戻り冷媒調整弁
を調整、すなわち、絞る方向に調整することによ
り、温度の高くなつた冷媒の大部分を中間熱シー
ルド板の冷却ラインの方にバイパスさせてコール
ドボツクス内に戻すことができ、極低温冷凍機の
システムを効率よく形成できて容易になるので、
システムの効率向上を図れるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、極低温容器内で蒸発したガス
が有する寒冷を有効に回収できるとともに、クラ
イオスタツト内の予冷が容易になり、システムの
効率を向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明を実施した極低温冷凍装置の一
例を示すブロツク構成図である。 １……圧縮機、２……コールドボツクス、２１
……極低温容器、３０……中間熱シールド板、３
１……第２の冷媒戻り管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 極低温冷凍機によつて生成された極低温液化
   ガスをクライオスタツト内の極低温容器に貯蔵す
   る工程と、 該極低温容器内で蒸発したガスを前記極低温冷
   凍機の低圧ラインに戻すとともに、前記極低温容
   器を囲んで前記クライオスタツト内に設けた熱シ
   ールド板を介して前記極低温冷凍機の低圧ライン
   の中間に合流・帰還させて回収する工程と、 前記クライオスタツトを予冷する際に前記極低
   温容器内で蒸発したガスの大部分を前記熱シール
   ド板側を介して回収する工程とを有することを特
   徴とする極低温冷凍方法。 ２ ガスを圧縮・循環し圧縮されたガスを冷却・
   断熱膨張させて極低温液化ガスを生成する極低温
   冷凍機と、該極低温冷凍機から移送された前記極
   低温液化ガスを貯蔵する極低温容器を内設したク
   ライオスタツトとを具備して成り、 該クライオスタツトと前記極低温冷凍機との間
   に、前記極低温容器内で蒸発したガスを前記極低
   温冷凍機の低圧ラインに戻す第１のラインと、前
   記極低温容器内で蒸発したガスを前記極低温容器
   を囲んで前記クライオスタツト内に設けた熱シー
   ルド板を介して前記極低温冷凍機の低圧ラインの
   中間に戻す第２のラインとを設け、 前記これらのラインに弁を設けて、前記クライ
   オスタツトの予冷時に前記第１のラインの弁を絞
   り前記第２のラインに前記蒸発したガスの大部分
   を移送可能としたことを特徴とする極低温冷凍装
   置。